EP0950197B1 - Device and method for nuclear locating by iterative computing of barycenter, and application to gamma-cameras - Google Patents
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- EP0950197B1 EP0950197B1 EP97953959A EP97953959A EP0950197B1 EP 0950197 B1 EP0950197 B1 EP 0950197B1 EP 97953959 A EP97953959 A EP 97953959A EP 97953959 A EP97953959 A EP 97953959A EP 0950197 B1 EP0950197 B1 EP 0950197B1
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- G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
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- G01T1/161—Applications in the field of nuclear medicine, e.g. in vivo counting
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- G01T1/1641—Static instruments for imaging the distribution of radioactivity in one or two dimensions using one or several scintillating elements; Radio-isotope cameras
- G01T1/1642—Static instruments for imaging the distribution of radioactivity in one or two dimensions using one or several scintillating elements; Radio-isotope cameras using a scintillation crystal and position sensing photodetector arrays, e.g. ANGER cameras
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- A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
- A61B6/02—Arrangements for diagnosis sequentially in different planes; Stereoscopic radiation diagnosis
- A61B6/03—Computed tomography [CT]
- A61B6/037—Emission tomography
Definitions
- the present invention relates to a device for determination of the position of an inducing event a signal in photodetectors, this position being, for example, spotted with respect to the set photodetecers. Such a position can be spotted by the center of gravity of the event in a landmark linked to photodetectors.
- the invention applies in particular to the determining the position of an event from signals provided by photomultipliers equipping a gamma camera, the position being located relative to to the photomultipliers themselves.
- gamma camera a camera sensitive to gamma radiation ( ⁇ ).
- ⁇ gamma radiation
- gamma cameras allow visualize the distribution, in an organ, of molecules marked by a radioactive isotope injected to the patient.
- Figure 1 shows a detection head 10 a gamma camera arranged in front of an organ 12 containing molecules labeled with a radioactive isotope.
- the detection head 10 comprises a collimator 20, a scintillator crystal 22, a light guide 24 and a plurality of photomultiplier tubes 26 juxtaposed so as to cover one side of the guide of 24.
- the scintillator is, for example, a NaI crystal (Tl).
- the purpose of the collimator 20 is to select from all gamma radiation 30 emitted by the organ 12 those who reach the head of sensing substantially under normal incidence.
- the selective nature of the collimator makes it possible to increase resolution and sharpness of the image produced.
- the increase in the resolution is done at detriment of sensitivity. For example, for about 10,000 ⁇ photons emitted by the organ 12, a single photon is actually detected.
- Photomultipliers 26 are designed to send a proportional electrical pulse number of light photons received from the scintillator for each event.
- the photomultipliers 26 are not directly contiguous to the scintillator crystal 22 but are separated from this last by the light guide 24.
- Photomultipliers emit a signal whose amplitude is proportional to the quantity total light produced in the scintillator by a gamma radiation, that is to say, proportional to its energy.
- the individual signal of each photomultiplier also depends on the distance that the separates from the interaction point 30 of gamma radiation with the scintillator material. Indeed, every photomultiplier delivers a current pulse proportional to the luminous flux he has received.
- small graphs A, B, C show that photomultipliers 26a, 26b and 26c located at different distances from an interaction point 30 deliver signals with amplitudes different.
- the position of the interaction point 30 of a gamma photon is calculated in the gamma-camera from signals from all of the photomultipliers by weighting barycentric contributions of each photomultiplier.
- Figure 2A shows the electrical wiring of a detection head 10 of a gamma camera, which connects this camera to a unit forming an image.
- the detection head has a plurality of photomultipliers 26.
- each photomultiplier 26 of the detection head is associated with four resistors denoted RX - , RX + , RY - and RY + .
- the values of these resistors are specific to each photomultiplier and depend on the position of the photomultiplier in the detection head 10.
- each photomultiplier is connected to the output 50 of said photomultiplier, shown in FIG. 2B with a current generator symbol. They are, on the other hand, respectively connected to common collecting lines denoted LX - , LX + , LY - , LY + , in FIG. 2A.
- the lines LX - , LX + , LY - and LY + are in turn connected respectively to analog integrators 52X - , 52X + , 52Y - , 52Y + , and via these to analog / digital converters.
- 54X - , 54X + , 54Y - , 54Y + The output of the converters 54X - , 54X + , 54Y - , 54Y + is directed to a digital operator 56.
- the lines LX - , LX + , LY - , LY + are also connected to a common channel, called energy path. This channel also comprises an integrator 57 and an analog / digital converter 58 and its output is also directed towards the operator 56.
- the calculation of the position of the interaction is tainted with uncertainty about fluctuations Poisson statistics of the number of light photons and the number of photoelectrons produced for each event, that is to say for each gamma photon detected.
- the standard deviation of fluctuation is all the lower than the number of photons or photoelectron is high. Because of this phenomenon, he should collect the light most carefully possible.
- the intrinsic spatial resolution of the camera is characterized by the width at half height of the distribution of calculated positions for the same collimated point source placed on the crystal scintillator.
- the resolution is generally of the order of 3 to 4 mm.
- the energy of a detected gamma photon is calculated by summing the contributions of all photomultipliers having received light. She is also tainted by a statistical fluctuation.
- the energy resolution of the camera is characterized by the ratio of the halfway width of the distribution of calculated energies to the average value distribution, for the same source.
- the energy resolution is usually the order of 9 to 11% for gamma rays of an energy 140 keV.
- a gamma-camera type Anger has the advantage of being able to calculate time real the center of gravity of the photomultiplier signals with very simple means.
- the system described previously has a limited number of components.
- the resistors used to inject the signal from photomultipliers in the collector lines are very inexpensive.
- U.S. Patent No. 5,576,547 proposes a method to correct the calculation of the total energy received by the detectors and deduce a corrected position of the event.
- Correction tables are established in building for known event positions of histograms of the energy captured by the different detectors.
- a camera such as the ANGER camera presents however also a major disadvantage which is a rate counting reduced.
- Count rate means the number of events, that is, interactions between a ⁇ photon and the scintillator, that the camera is able to process per unit of time.
- the device described in this application includes means for digitizing the signal provided by each detector and the energy of each photodetector is calculated with a correction for to keep track of the energy provided by events occurring while the current event is still In progress.
- Gamma cameras are however used also in two other imaging techniques medical system where the limitation of the count rate is a crippling constraint.
- the mitigation correction technique by transmission is to take into account, when formation of a medical image, of the own attenuation tissue of the patient surrounding the examined organ. For know this attenuation, we measure the transmission gamma radiation to a gamma camera through the body of the patient. For this purpose we take place to the patient between a very active external source and the detection head of the gamma camera. So, during the measurement of transmitted radiation, a high number events take place in the scintillator crystal. The high number of events per unit of time increases also the probability of having multiple events substantially simultaneous. Anger-type camera classic then turns out to be inappropriate.
- the PET technique consists of injecting the patient with an element such as F 18 capable of emitting positrons.
- the annihilation of a positron and an electron releases two ⁇ photons emitted in opposite directions and having an energy of 511 keV.
- This physical phenomenon is used in the PET imaging technique.
- a gamma camera is used with at least two detection heads arranged on either side of the patient.
- the detection heads used are not equipped with a collimator. Indeed, an electronic processing of the information, said treatment of coincidence, makes it possible to select among the events those which coincide temporally, and to calculate thus the trajectory of the gamma photons.
- the detection heads are therefore subject to high gamma radiation flux.
- Gamma cameras Anger classics have a count rate generally too limited for such an application.
- an Anger type gamma camera can function normally with a detection of 1.10 5 events per second, while in PET imaging it takes at least 1.10 6 events per second for normal operation.
- Such a method makes it possible to process digitized data, and makes it possible to produce a position signal P 1 of the event with respect to all the N photodetectors.
- the calculation of the raw position P 0 of the event can be performed by calculating the barycentric coordinates (X 0 , Y 0 ) of said event as a function of the N i, j and the position (Xc i, j , Yc i, j ) of each photodetector.
- the calculation of the position P 1 of the event can be performed by calculating the barycentric coordinates (X 1 , Y 1 ) of said event as a function of the N ' i, j and the position (XC i, j , YC i, j ) of each photodetector.
- the method according to the invention because of the choice of the function F, reduces the contribution of the photodetector which is in front of the presumed position of the event (and, possibly, of a number N 1 of photodetectors around this one): indeed, this (these) photodetector (s) bring (s) little information on the value of the position, or the barycentre of the event. Moreover, this function F gives an increased preponderance to the photodetectors located beyond that corresponding to the raw position P 0 of the event and the N 1 photodetectors.
- a particular treatment can be realized for the photodetectors which are situated at the edge of the field of N photodetectors.
- This processing consists of the following additional step: modifying the value of the position (XC i, j , YC i, j ) to a new value (XC ' i, j , YC' i, j ), one at minus values
- the field edge photodetectors have their modified weight, but also their position: the method according to the invention modifies both their contribution and their weight in the calculation of the position or the center of the event: this allows a enlargement of the field and improvement of the linearity.
- the method according to the invention then allows the exploitation of gamma-cameras with a high rate of counting, which is very advantageous in the case of measures of "attenuation correction by transmission "or” PET in coincidence ". high counting is achieved without restricting the number of photodetectors read. This is due to parallelism employed, and at the strong "pipelinage", that is to say at the succession of simple operations.
- the process according to the invention then makes it possible to accelerate the calculation of the center of digitized contributions from photodetectors, by parallelizing this calculation.
- the same parallel processing can be applied to the determination of the barycentric coordinates (X 1 , Y 1 ) of the event and with the same advantages.
- the invention applies in a particularly advantageous in the case where the photodetectors are photomultipliers a gamma camera.
- the imaging techniques in correction transmission mitigation, and the techniques PET imaging in coincidence.
- the invention also relates to a device for implementing the method described above.
- the invention will be described in a manner detailed for photomultipliers of a gamma camera. However, this description also applies to any photodetectors, which do not necessarily part of a gamma camera.
- FIG. 3 represents a set of photomultipliers 60, 60-1, 60-2, ... constituting a gamma-camera head.
- Each photomultiplier is identified by its position (i, j) in all the photomultipliers. More precisely, XC i, j and YC i denote the coordinates, along two axes X, Y, of the center of the photomultiplier i, j.
- each of the photomultipliers is digitized and processed individually (integration, corrections, etc.).
- Each photomultiplier has a level of storage register that can memorize the contribution of each photomultiplier during the detection of an event.
- the network of photomultipliers is organized in rows and columns, and all the outputs of the photomultiplier storage registers of a same column are connected on a bus 62 (bus column).
- Column buses can be collected in one 64 series bus.
- An operator performing the various stages of the method according to the invention can be connected on the bus series. This operator then works in series, the time the longer the number of Photodetectors involved in the calculation is great.
- a coarse position of the event is first determined, for example by a method to be described later, in connection with the figure 12.
- the reading time of the registers of storage to handle an event is a passage obliged which directly influences the count rate of the machine (number of events handled by second).
- means 66 can select each column independently of others. These means 66 are by example commanded by a sequencer ( Figure 4).
- Figure 4 illustrates more precisely a device for implementing the treatment in parallel.
- a read sequencer 68 makes it possible to read the contents of the storage register of each photomultiplier.
- N i, j be the contents of the storage register of the column photomultiplier i and line j.
- N i, j is actually, for example, a digital integral of the signal delivered by the photomultiplier i, j in response to an event.
- Means 70 make it possible to determine a presumed or gross position of the event. These means will be described further in a more in detail ( Figure 12).
- the command sequencer 68 the addressing of the columns by a multiplexer 74.
- the contribution of each column to the total energy, to the X component of the center of gravity (XC) and the component in Y of the center of gravity (YC) is transferred to a system of calculation 76, either by addressing the columns via the multiplexer, either directly by the sequencer of calculation 68.
- N 1 photomultipliers N 1 ⁇ N
- the sequencer can be realized in form EPROM. At each presumed position corresponds a page memory in which the commands and values needed for calculation. This page is read online per line using a counter 72 which activates the low addresses of the EPROMs.
- This function F is determined so empirical and adapted to each type of photomultiplier and at every collection geometry light.
- a first example of function F (d) is given in FIG. 5A.
- This first example corresponds to 75 mm square photomultipliers.
- Values of F, for particular values of d (with a pitch of 5 mm), are given in Table I below.
- FIG. 5B A second example of function F (d) is given in FIG. 5B. This second example corresponds to hexagonal photomultipliers of 60 mm. Values of F for particular values of d (with a pitch of 5 mm) are given in Table II below.
- a computing device or system 76 for the implementation of the process according to the invention can have three sets schematically represented in Figure 6 and designated respectively by the references 78, 80 and 82.
- the structure of the device 78 for determining P 0 will be described more precisely in connection with FIGS. 7 and 8.
- FIG. 7 represents means 90 associated with each column and subsequently called operator column.
- each column bus output is connected to the input of a column operator 90.
- Each column operator 90 accomplishes three operations, preferably in parallel.
- a first operation consists in calculating the contribution of the column to the energy. For example, after being initialized at the beginning of the sequence, an accumulator 92 sums the values N i, j of the 6 photomultipliers of the column and stores the result in a register 94 (CSsch). The outputs of the 6 registers (RSEcol1 to RSEcol6) are grouped on a common BECOL bus.
- a second operation is to calculate the contribution of the column to the centroid in X.
- a multiplier-accumulator 96 performs the sum of the contributions to the center of gravity in X of the 6 photomultipliers of the column, and stores the result in a register 98 (RSXcol).
- the outputs of 6 registers (RSXcol1 to RSXcol6) are grouped on one BXCOL common bus.
- a third operation is to calculate the contribution of the column to the centroid in Y.
- a second multiplier-accumulator 100 makes the sum of contributions to the center of gravity Y of the 6 photomultipliers of the column, and stores the result in a register 102 (RSYcol).
- the outputs of 6 registers (RSYcol1 to RSYcol6) are grouped on one BYCOL common bus.
- the values N i, j of the photomultipliers and the coordinates XC i, j and YC i, j can be stored in a system 104 of the FIFO type so that they can be used later.
- An accumulator 106 after being initialized at the beginning of the sequence, powered by the BECOL bus, calculates the sum of the six RSEcol1 registers1 to RSEcol6 and stores the result in a register 108 (ENERGY).
- the content of this register represents the sum of contributions to the energy of 36 photomultipliers surrounding the presumed position, so the energy of the event.
- a second accumulator 110 powered by the BXCOL bus, sums the six registers RSXcol1 to RSXcol6, and stores the result in a register 112 (RXN). The contents of this register represent
- a third accumulator 114 powered by the BYCOL bus, calculates the sum of the six registers RSYcol1 to RSYcol6, and stores the result in a register 116 (RYN). The contents of this register represent
- the RSEcol, RSXcol and RSYcol registers are then released so that they can be used by column operators, and accumulators are well again available to process a new event.
- X 0 RXN / ENERGY
- Y 0 RYN / ENERGY and this in less than 6 read times to be able to release the storage registers 108, 112, 116.
- the integrated pipelined integrated dividers (of the RAYTHEON 3211 type, for example) are capable of largely assuming these performances and even make it possible to use only one housing, performing the two divisions successively.
- N ' i, j is easily achievable because each computation step is simple enough to be performed during the duration of a reading step (typically 100 nsec).
- the third computing subsystem 82 (FIG. 6), for calculating the weighted barycentre X 1 , Y 1 , has an architecture of the type of that described above in conjunction with FIGS. 7 and 8.
- the weighted center of gravity output gives the new coordinates X 1 , Y 1 of the position of the event.
- the value of energy can be increased parallel to the calculations; in the same register 88, the energy and the coordinates of the event are obtained at the final output.
- Figure 10 shows the part of the device associated with a single photomultiplier 60.
- the photomultiplier 60 connected to a converter current-voltage 262.
- a signal on the output 264 of the current-voltage converter 262 by example of the type of the one shown in the figure 11A.
- the graph of FIG. 11A indicates, on the ordinate, the amplitude of the signal corresponding to the pulse and, as abscissa, the time.
- the amplitude of the signal and the time are indicated in arbitrary scale.
- t 0 denotes the start time of the pulse provided by the photodetector and t 1 the moment when the pulse returns to almost zero after having passed through a maximum.
- the duration corresponding to the interval t 1 -t 0 is of the order of one microsecond, in the case of a photomultiplier of a gamma-camera coupled to an NaI crystal (Tl).
- the analog signal present on the terminal of output 264 is directed to a converter analog-digital 266.
- the latter samples each pulse of the signal into a number n samples, as shown in Figure 10B. Two consecutive samples are separated by a step, or clock interval p (the clock running at 1 / p Hz).
- the analog-digital converter 266 is, preferably, a fast converter, of type "Flash" capable of operating at a frequency of the order of 10 to 20 megahertz.
- the digital signal from the converter analog-digital 266 directed to an adder number 268.
- This summoner makes a sum of the samples sent to it by the analog-digital converter 266.
- the sum slippery is performed on a given number of samples. This predetermined number is equal, by example, at 10.
- this sliding sum, or the digital integral of the signal associated with the event corresponds to the magnitude N i, j already introduced above.
- the result of the summation carried out with the means 268 is stored in a register 271.
- the storage function can be composed of several registers to allow memorize several events temporally very relatives.
- the value of the sliding sum is directed to means of comparison 270.
- the value of the sliding sum is compared with a threshold value predetermined set at an input 272 of the comparator 270.
- This comparator transmits on an output 274 a signal binary, representative of the result of the comparison (for example, 0 if the value of the sliding sum is below the set reference value and 1 if the value of the sliding sum is greater than the value reference).
- This window is positioned taking as reference the time of passage of the coded signal by a maximum.
- This detection is performed by the means 288 by comparing the current value of the output of the encoder to the previous value. When the current value is lower than the previous value, the comparator 288 emits a pulse. This pulse is sent to a shift register 290 whose delay n 1 is set to generate a time window centered on the maximum of the sliding sum.
- An AND gate 292 whose inputs are the signal obtained at the output of the comparator 270, and the output signal from the shift register 290, allows to obtain, on its output 294, a passing signal threshold at the desired moment in relation to the passage through the maximum of the digital signal.
- FIG. 12 represents a device, compliant to the invention, for the processing of signals from several photodetectors 60, 60-1, 60-2.
- references identical to those of the figure 10 designate similar elements or correspondents.
- an analog signal 300 the type of which is described above in connection with Figure 11A.
- the reference 302 designates globally all the analog signals taken from the other current-voltage converters 262-1, 262-2, .... All these signals fit into one analog summator 298 which delivers a signal S, sum of all the analog signals provided by a certain number of photodetectors, for example by all photodetectors.
- a device 304 makes it possible to deliver a pulse I during the passage of the signal S by its maximum.
- This device 304 comprises, for example, a differentiator (capacitance, amplifier and resistors between the input and the output of the amplifier); the output of this differentiator feeds a comparator which makes it possible to detect the passage to 0 of the output of the differentiator.
- Pulse I feeds the input of a shift register 306 whose pitch p is set by the clock H.
- the output 307 of this register is called memorization pulse and allows, in particular, to trigger the memory register 271 corresponding to the photodetector 60. It triggers also each memory register associated with photodetector.
- the delay of the shift register 306 is set so that the rising edge of the memory signal 307 is synchronous with the moment where we have to memorize the sums in the registers 271.
- the set of photodetectors 60, 60-1, 60-2, ... is distributed for example in a network two-dimensional.
- the type 422 signals are the addresses of a PROM 276 which is programmed to provide the coordinate (280) of the presumed position to the columns.
- type 432 signals are the addresses of a second PROM 277 which is programmed from to provide the coordinate (281) of the position presumed in relation to the lines.
- the presumed position, represented by the pair of values (280, 281), is stored in a register 322, at the same time as memorize the contribution of all photodetectors in their respective registers (271). This memorization is triggered by the signal 307 generated by register 306.
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Description
La présente invention concerne un dispositif de détermination de la position d'un événement induisant un signal dans des photodétecteurs, cette position étant, par exemple, repérée par rapport à l'ensemble des photodétecieurs. Une telle position peut être repérée par le barycentre de l'événement dans un repère lié aux photodétecteurs.The present invention relates to a device for determination of the position of an inducing event a signal in photodetectors, this position being, for example, spotted with respect to the set photodetecers. Such a position can be spotted by the center of gravity of the event in a landmark linked to photodetectors.
L'invention s'applique en particulier à la détermination de la position d'un événement à partir de signaux fournis par des photomultiplicateurs équipant une gamma-caméra, la position étant repérée par rapport aux photomultiplicateurs eux-mêmes. On entend par gamma-caméra une caméra sensible au rayonnement gamma (γ). De telles caméras sont utilisées notamment à des fins d'imagerie médicale.The invention applies in particular to the determining the position of an event from signals provided by photomultipliers equipping a gamma camera, the position being located relative to to the photomultipliers themselves. We hear by gamma camera a camera sensitive to gamma radiation (Γ). Such cameras are used in particular for medical imaging purposes.
A l'heure actuelle, la plupart des gamma-caméras utilisées en médecine nucléaire sont des caméras fonctionnant selon le principe des caméras de type Anger. On peut se reporter à ce sujet au document US-3 011 057.At present, most gamma cameras used in nuclear medicine are cameras operating on the principle of the cameras of Anger type. We can refer to this subject in the document U.S. 3,011,057.
Les gamma-caméras permettent en particulier de visualiser la répartition, dans un organe, de molécules marquées par un isotope radioactif préalablement injecté au patient.In particular, gamma cameras allow visualize the distribution, in an organ, of molecules marked by a radioactive isotope injected to the patient.
La structure et le fonctionnement d'une gamma-caméra connue sont exposés et résumés ci-après en référence aux figures 1, 2A et 2B annexées.The structure and operation of a gamma camera are described and summarized below in reference to Figures 1, 2A and 2B appended.
La figure 1 montre une tête de détection 10
d'une gamma-caméra disposée en face d'un organe 12
contenant des molécules marquées par un isotope radioactif.Figure 1 shows a detection head 10
a gamma camera arranged in front of an
La tête de détection 10 comporte un collimateur
20, un cristal scintillateur 22, un guide de lumière 24
et une pluralité de tubes photomultiplicateurs 26
juxtaposés de façon à couvrir une face du guide de
lumière 24. Le scintillateur est, par exemple, un
cristal de NaI(Tℓ).The
Le collimateur 20 a pour fonction de
sélectionner parmi tous les rayonnements gamma 30 émis
par l'organe 12 ceux qui atteignent la tête de
détection sensiblement sous incidence normale. Le
caractère sélectif du collimateur permet d'augmenter la
résolution et la netteté de l'image produite.
Cependant, l'augmentation de la résolution se fait au
détriment de la sensibilité. A titre d'exemple, pour
environ 10000 photons γ émis par l'organe 12, un seul
photon est effectivement détecté.The purpose of the
Les photons γ ayant traversé le collimateur
atteignent le cristal scintillateur 22 où quasiment
chaque photon γ est converti en une pluralité de
photons lumineux. Dans la suite du texte on désigne par
événement chaque interaction d'un photon gamma avec le
cristal, provoquant une scintillation.The γ photons having crossed the collimator
reach the
Les photomultiplicateurs 26 sont conçus pour émettre une impulsion électrique proportionnelle au nombre de photons lumineux reçus du scintillateur pour chaque événement.Photomultipliers 26 are designed to send a proportional electrical pulse number of light photons received from the scintillator for each event.
Pour qu'un événement de scintillation puisse
être localisé plus précisément, les
photomultiplicateurs 26 ne sont pas directement accolés
au cristal scintillateur 22 mais sont séparés de ce
dernier par le guide de lumière 24.For a scintillation event to
to be located more precisely, the
Les photomultiplicateurs émettent un signal
dont l'amplitude est proportionnelle à la quantité
totale de lumière produite dans le scintillateur par un
rayonnement gamma, c'est-à-dire proportionnelle à son
énergie. Toutefois, le signal individuel de chaque
photomultiplicateur dépend aussi de la distance qui le
sépare du point d'interaction 30 du rayonnement gamma
avec la matière du scintillateur. En effet, chaque
photomultiplicateur délivre une impulsion de courant
proportionnelle au flux lumineux qu'il a reçu. Dans
l'exemple de la figure 1, des petits graphiques A, B, C
montrent que des photomultiplicateurs 26a, 26b et 26c
situés à différentes distances d'un point d'interaction
30 délivrent des signaux avec des amplitudes
différentes.Photomultipliers emit a signal
whose amplitude is proportional to the quantity
total light produced in the scintillator by a
gamma radiation, that is to say, proportional to its
energy. However, the individual signal of each
photomultiplier also depends on the distance that the
separates from the
La position du point d'interaction 30 d'un
photon gamma est calculée dans la gamma-caméra à partir
des signaux provenant de l'ensemble des
photomultiplicateurs en effectuant une pondération
barycentrique des contributions de chaque
photomultiplicateur.The position of the
Le principe de la pondération barycentrique tel qu'il est mis en oeuvre dans les caméras de type Anger apparaít plus clairement en se reportant aux figures 2A et 2B annexées.The principle of barycentric weighting such that it is implemented in Anger-type cameras appears more clearly with reference to FIGS. 2A and 2B appended.
La figure 2A montre le câblage électrique d'une
tête de détection 10 d'une gamma-caméra, qui relie
cette caméra à une unité de formation d'une image. La
tête de détection comporte une pluralité de
photomultiplicateurs 26.Figure 2A shows the electrical wiring of a
Comme le montre la figure 2B, chaque
photomultiplicateur 26 de la tête de détection est
associé à quatre résistances notées RX-, RX+, RY- et
RY+. Les valeurs de ces résistances sont propres à
chaque photomultiplicateur et dépendent de la position
du photomultiplicateur dans la tête de détection 10.As shown in FIG. 2B, each
Les résistances RX-, RX+, RY- et RY+ de chaque
photomultiplicateur sont reliées à la sortie 50 dudit
photomultiplicateur, représentée sur la figure 2B avec
un symbole de générateur de courant. Elles sont d'autre
part respectivement reliées à des lignes collectrices
communes notées LX-, LX+, LY-, LY+, sur la figure 2A.The resistors RX - , RX + , RY - and RY + of each photomultiplier are connected to the
Les lignes LX-, LX+, LY- et LY+ sont à leur tour
reliées respectivement à des intégrateurs analogiques
52X-, 52X+, 52Y-, 52Y+, et, par l'intermédiaire de ceux-ci
à des convertisseurs analogiques/numériques 54X-,
54X+, 54Y-, 54Y+. La sortie des convertisseurs 54X-,
54X+, 54Y-, 54Y+ est dirigée vers un opérateur numérique
56. Les lignes LX-, LX+, LY-, LY+ sont par ailleurs
reliées à une voie commune, dite voie énergie. Cette
voie comporte également un intégrateur 57 et un
convertisseur analogique/numérique 58 et sa sortie est
aussi dirigée vers l'opérateur 56.The lines LX - , LX + , LY - and LY + are in turn connected respectively to
Grâce au dispositif de la figure 2, on calcule
la position de l'interaction selon les équations
suivantes (US-4 672 542) :
Les valeurs de X et Y de même que l'énergie
totale E du rayon gamma ayant interagi avec le cristal
sont établies par l'opérateur numérique 56. Ces valeurs
sont utilisées ensuite pour la construction d'une image
comme décrit, par exemple, dans le document
FR-2 669 439.The values of X and Y as well as the energy
total E of the gamma ray that interacted with the crystal
are established by the
Le calcul de la position de l'interaction est entaché d'une incertitude liée aux fluctuations statistiques de Poisson du nombre de photons lumineux et du nombre de photoélectrons produits pour chaque événement, c'est-à-dire pour chaque photon gamma détecté. L'écart type de la fluctuation est d'autant plus faible que le nombre de photons ou de photoélectrons est élevé. En raison de ce phénomène, il convient de collecter la lumière le plus soigneusement possible. La résolution spatiale intrinsèque de la caméra est caractérisée par la largeur à mi-hauteur de la distribution des positions calculées pour une même source ponctuelle collimatée posée sur le cristal scintillateur.The calculation of the position of the interaction is tainted with uncertainty about fluctuations Poisson statistics of the number of light photons and the number of photoelectrons produced for each event, that is to say for each gamma photon detected. The standard deviation of fluctuation is all the lower than the number of photons or photoelectron is high. Because of this phenomenon, he should collect the light most carefully possible. The intrinsic spatial resolution of the camera is characterized by the width at half height of the distribution of calculated positions for the same collimated point source placed on the crystal scintillator.
Pour des rayons gamma d'une énergie de 140 keV, la résolution est généralement de l'ordre de 3 à 4 mm.For gamma rays with an energy of 140 keV, the resolution is generally of the order of 3 to 4 mm.
L'énergie d'un photon gamma détecté est calculée en faisant la somme des contributions de tous les photomultiplicateurs ayant reçu de la lumière. Elle est aussi entachée d'une fluctuation statistique. La résolution en énergie de la caméra est caractérisée par le rapport de la largeur à mi-hauteur de la distribution des énergies calculées à la valeur moyenne de la distribution, pour une même source.The energy of a detected gamma photon is calculated by summing the contributions of all photomultipliers having received light. She is also tainted by a statistical fluctuation. The energy resolution of the camera is characterized by the ratio of the halfway width of the distribution of calculated energies to the average value distribution, for the same source.
La résolution en énergie est généralement de
l'ordre de 9 à 11% pour des rayons gamma d'une énergie
de 140 keV.The energy resolution is usually
the order of 9 to 11% for gamma rays of an
Finalement, une gamma-caméra de type Anger présente l'avantage de permettre de calculer en temps réel le barycentre des signaux des photomultiplicateurs avec des moyens très simples.Finally, a gamma-camera type Anger has the advantage of being able to calculate time real the center of gravity of the photomultiplier signals with very simple means.
En effet, le système décrit précédemment comporte un nombre limité de composants. De plus, les résistances utilisées pour injecter le signal des photomultiplicateurs dans les lignes collectrices sont très peu coûteuses. Indeed, the system described previously has a limited number of components. Moreover, the resistors used to inject the signal from photomultipliers in the collector lines are very inexpensive.
Des améliorations ponctuelles de la caméra de type ANGER ont été proposées. Le brevet US-A-5 576 547 propose une méthode pour corriger le calcul de l'énergie totale reçue par les détecteurs et en déduire une position corrigée de l'événement.One-time improvements to the camera ANGER type have been proposed. U.S. Patent No. 5,576,547 proposes a method to correct the calculation of the total energy received by the detectors and deduce a corrected position of the event.
Des tables de corrections sont établies en construisant pour des positions connues d'événement des histogrammes de l'énergie captée par les différents détecteurs.Correction tables are established in building for known event positions of histograms of the energy captured by the different detectors.
Ces tables sont ensuite utilisées pour corriger la position de l'événement. These tables are then used to correct the position of the event.
Une caméra telle que la caméra ANGER présente cependant aussi un désavantage majeur qui est un taux de comptage réduit. On entend par taux de comptage le nombre d'événements, c'est-à-dire d'interactions entre un photon γ et le scintillateur, que la caméra est capable de traiter par unité de temps.A camera such as the ANGER camera presents however also a major disadvantage which is a rate counting reduced. Count rate means the number of events, that is, interactions between a γ photon and the scintillator, that the camera is able to process per unit of time.
Une des limitations du taux de comptage provient notamment du fait que la caméra est incapable de traiter deux événements ayant lieu sensiblement simultanément en des points distincts du cristal scintillateur.One of the limitations of the count rate comes from the fact that the camera is incapable to deal with two events occurring substantially simultaneously at distinct points of the crystal scintillator.
En effet, des événements simultanés mais géométriquement distincts donnent naissance à des signaux électriques qui s'empilent dans les lignes collectrices LX-, LX+, LY- et LY+ et qui ne peuvent plus être distingués. Ces événements sont aussi "perdus" pour la formation d'une image.In fact, simultaneous but geometrically distinct events give rise to electrical signals which accumulate in the collector lines LX - , LX + , LY - and LY + and which can no longer be distinguished. These events are also "lost" for the formation of an image.
Ce soucis de prise en compte et de correction
des empilements est présent dans la demande de brevet
européen n° 0 252 566.This concern of taking into account and correction
stacks is present in the patent application
Le dispositif décrit dans cette demande comporte des moyens de numérisation du signal fourni par chaque détecteur et l'énergie de chaque photodétecteur est calculée avec une correction pour tenir .compte de l'énergie apportée par des événements se produisant alors que l'événement courant est encore en cours.The device described in this application includes means for digitizing the signal provided by each detector and the energy of each photodetector is calculated with a correction for to keep track of the energy provided by events occurring while the current event is still In progress.
La limiatation du taux de comptage n'est pas une contrainte trop importante dans les techniques d'imagerie médicale traditionnelles. En effet, comme indiqué ci-dessus, le collimateur arrête un très grand nombre de rayons gamma et seul un petit nombre d'événements sont effectivement détectés.Limitation of the count rate is not too much stress in the techniques traditional medical imaging. Indeed, as indicated above, the collimator stops a very large number of gamma rays and only a small number events are actually detected.
Les gamma-caméras sont cependant utilisées également dans deux autres techniques d'imagerie médicale où la limitation du taux de comptage est une contrainte rédhibitoire.Gamma cameras are however used also in two other imaging techniques medical system where the limitation of the count rate is a crippling constraint.
Ces techniques sont les techniques dites de "correction d'atténuation par transmission" et de "PET (Position Emission Tomography) en coïncidence". These techniques are the so-called "attenuation correction by transmission" and "PET (Position Emission Tomography) Coincidentally ".
La technique de correction d'atténuation par transmission consiste à tenir compte, lors de la formation d'une image médicale, de l'atténuation propre du tissu du patient entourant l'organe examiné. Pour connaítre cette atténuation, on mesure la transmission des rayonnements gamma vers une gamma-caméra à travers le corps du patient. A cet effet on fait prendre place au patient entre une source externe très active et la tête de détection de la gamma-caméra. Ainsi, lors de la mesure du rayonnement transmis, un nombre élevé d'événements ont lieu dans le cristal scintillateur. Le nombre élevé d'événements par unité de temps accroít aussi la probabilité d'avoir plusieurs événements sensiblement simultanés. Une caméra de type Anger classique se révèle alors inappropriée.The mitigation correction technique by transmission is to take into account, when formation of a medical image, of the own attenuation tissue of the patient surrounding the examined organ. For know this attenuation, we measure the transmission gamma radiation to a gamma camera through the body of the patient. For this purpose we take place to the patient between a very active external source and the detection head of the gamma camera. So, during the measurement of transmitted radiation, a high number events take place in the scintillator crystal. The high number of events per unit of time increases also the probability of having multiple events substantially simultaneous. Anger-type camera classic then turns out to be inappropriate.
La technique de PET consiste à injecter au patient un élément tel que F18 apte à émettre des positons. L'annihilation d'un positon et d'un électron libère deux photons γ émis dans des directions opposées et ayant une énergie de 511 keV. Ce phénomène physique est mis à profit dans la technique d'imagerie PET. Dans cette technique on utilise une gamma-caméra avec au moins deux têtes de détection disposées de part et d'autre du patient. Les têtes de détection utilisées ne sont pas équipées de collimateur. En effet, un traitement électronique des informations, dit traitement de coïncidence, permet de sélectionner parmi les événements ceux qui coïncident temporellement, et de calculer ainsi la trajectoire des photons gamma.The PET technique consists of injecting the patient with an element such as F 18 capable of emitting positrons. The annihilation of a positron and an electron releases two γ photons emitted in opposite directions and having an energy of 511 keV. This physical phenomenon is used in the PET imaging technique. In this technique a gamma camera is used with at least two detection heads arranged on either side of the patient. The detection heads used are not equipped with a collimator. Indeed, an electronic processing of the information, said treatment of coincidence, makes it possible to select among the events those which coincide temporally, and to calculate thus the trajectory of the gamma photons.
Les têtes de détection sont donc soumises à des flux de rayonnement gamma élevé. Les gamma-caméras classiques de type Anger ont un taux de comptage généralement trop limité pour une telle application.The detection heads are therefore subject to high gamma radiation flux. Gamma cameras Anger classics have a count rate generally too limited for such an application.
A titre indicatif, une gamma-caméra de type Anger peut fonctionner normalement avec une détection de 1.105 événements par seconde, tandis qu'en imagerie PET il faut au moins 1.106 événements par seconde pour un fonctionnement normal.As an indication, an Anger type gamma camera can function normally with a detection of 1.10 5 events per second, while in PET imaging it takes at least 1.10 6 events per second for normal operation.
Une autre limitation des gamma-caméras du type Anger, décrites ci-dessus, tient au fait que le calcul du barycentre d'un événement est fixé définitivement par la construction de la tête de détection et notamment par le choix des résistances RX-, RX+, RY-, RY+ pour chaque photomultiplicateur. De même, le calcul de l'énergie est fixé par le câblage des photomultiplicateurs sur une voie commune (voie énergie).Another limitation of gamma-cameras of the Anger type, described above, is that the calculation of the centroid of an event is fixed permanently by the construction of the detection head and in particular by the choice of resistors RX - , RX + , RY - , RY + for each photomultiplier. Similarly, the calculation of the energy is fixed by the wiring of photomultipliers on a common path (energy path).
Il est donc nécessaire de développer des dispositifs et des procédés permettant l'emploi de gamma-caméras à fort taux de comptage.It is therefore necessary to develop devices and methods for the use of gamma cameras with high counting rates.
Par ailleurs, on souhaite développer des caméras pour lesquelles la détermination du barycentre, ou de la localisation, d'un événement, présente de bonnes caractéristiques de linéarité et de résolution spatiale.In addition, we wish to develop cameras for which the determination of the center of gravity, or location, of an event, presents good linearity and resolution characteristics Space.
L'invention a pour objet un procédé de
détermination de la position P0 d'un événement par
rapport à un ensemble de N photodétecteurs, cet
événement induisant un signal dans les N
photodétecteurs, ce procédé comportant les étapes
suivantes :
- qui réduit (respectivement : ne modifie pas) la valeur Nij pour le photodétecteur correspondant à P0 et pour un certain nombre N1 de photodétecteurs autour de P0 (par exemple : les N1 photodétecteurs de première couronne),
- qui accroít, ou qui ne modifie pas (respectivement : accroít) la valeur Nij pour un certain nombre de photodétecteurs N2 situés autour des N1 photodétecteurs précédents (par exemple : les N2 photodétecteurs de deuxième couronne si les N1 photodétecteurs. sont ceux de première couronne ; et les photodétecteurs de première couronne, ou de première et de deuxième couronnes si N1=0),
- qui tend vers 0 au-delà,
- which reduces (does not modify) the value N ij for the photodetector corresponding to P 0 and for a certain number N 1 of photodetectors around P 0 (for example: the N 1 photodetectors of the first ring),
- which increases, or does not modify (respectively: increases) the value N ij for a certain number of photodetectors N 2 situated around the N 1 previous photodetectors (for example: the N 2 photodetectors of the second ring if the N 1 photodetectors are those of first crown, and the photodetectors of first crown, or first and second crowns if N 1 = 0),
- which tends to 0 beyond,
Un tel procédé permet de traiter des données numérisées, et permet de produire un signal de position P1 de l'événement par rapport à l'ensemble des N photodétecteurs.Such a method makes it possible to process digitized data, and makes it possible to produce a position signal P 1 of the event with respect to all the N photodetectors.
Le caractère itératif du procédé selon l'invention lui confère une bonne résolution spatiale et une bonne linéarité.The iterative nature of the process according to the invention gives it a good spatial resolution and good linearity.
Le calcul de la position brute P0 de l'événement peut être réalisé en calculant les coordonnées barycentriques (X0, Y0) dudit événement en fonction des Ni,j et de la position (XCi,j, YCi,j) de chaque photodétecteur.The calculation of the raw position P 0 of the event can be performed by calculating the barycentric coordinates (X 0 , Y 0 ) of said event as a function of the N i, j and the position (Xc i, j , Yc i, j ) of each photodetector.
De même, le calcul de la position P1 de l'événement peut être réalisé en calculant les coordonnées barycentriques (X1, Y1) dudit événement en fonction des N'i,j et de la position (XCi,j, YCi,j) de chaque photodétecteur.Similarly, the calculation of the position P 1 of the event can be performed by calculating the barycentric coordinates (X 1 , Y 1 ) of said event as a function of the N ' i, j and the position (XC i, j , YC i, j ) of each photodetector.
Le procédé selon l'invention, du fait du choix de la fonction F, réduit la contribution du photodétecteur qui se situe en face de la position présumée de l'événement (et, éventuellement, d'un certain nombre N1 de photodétecteurs autour de celui-ci) : en effet, ce(s) photodétecteur(s) apporte(nt) peu d'information sur la valeur de la position, ou du barycentre de l'événement. Par ailleurs, cette fonction F accorde une prépondérance accrue aux photodétecteurs situés au-delà de celui qui correspond à la position brute P0 de l'événement et des N1 photodétecteurs. The method according to the invention, because of the choice of the function F, reduces the contribution of the photodetector which is in front of the presumed position of the event (and, possibly, of a number N 1 of photodetectors around this one): indeed, this (these) photodetector (s) bring (s) little information on the value of the position, or the barycentre of the event. Moreover, this function F gives an increased preponderance to the photodetectors located beyond that corresponding to the raw position P 0 of the event and the N 1 photodetectors.
On peut choisir, par exemple : N1=0 ou N1=8 (première couronne, notamment pour une répartition carrée des photodétecteurs).One can choose, for example: N 1 = 0 or N 1 = 8 (first ring, especially for a square distribution of photodetectors).
Un traitement particulier peut être réalisé pour les photodétecteurs qui sont situés au bord du champ de N photodétecteurs. Ce traitement consiste en l'étape supplémentaire suivante : modification de la valeur de la position (XCi,j, YCi,j) en une nouvelle valeur (XC'i,j, YC'i,j), l'une au moins des valeurs |X'| et |Y'| étant supérieures à |X| et |Y|. Ainsi, les photodétecteurs de bord de champ voient leur poids modifié, mais également leur position : le procédé selon l'invention modifie à la fois leur contribution et leur poids dans le calcul de la position ou du barycentre de l'événement : ceci permet un agrandissement du champ et une amélioration de la linéarité.A particular treatment can be realized for the photodetectors which are situated at the edge of the field of N photodetectors. This processing consists of the following additional step: modifying the value of the position (XC i, j , YC i, j ) to a new value (XC ' i, j , YC' i, j ), one at minus values | X '| and | Y '| being greater than | X | and | Y |. Thus, the field edge photodetectors have their modified weight, but also their position: the method according to the invention modifies both their contribution and their weight in the calculation of the position or the center of the event: this allows a enlargement of the field and improvement of the linearity.
Les calculs de barycentre peuvent être réalisés de manière séquentielle. Le temps de traitement est alors d'autant plus long que le nombre de photodétecteurs intervenant dans le calcul est grand.Center of gravity calculations can be made sequentially. The treatment time is then all the longer as the number of Photodetectors involved in the calculation is great.
On peut, de manière alternative, réaliser un
traitement parallèle des données. Ainsi, la
détermination des coordonnées barycentriques (X0, Y0) de
l'événement peut comporter les sous-étapes suivantes :
- de la contribution de la colonne à l'énergie totale induite par l'événement dans l'ensemble des photodétecteurs,
- de la contribution de la colonne au barycentre, en X, de l'événement,
- de la contribution de la colonne au barycentre, en Y, de l'événement.
- de l'énergie totale induite par l'événement dans l'ensemble des photodétecteurs,
- des coordonnées barycentriques (X0, Y0) de l'événement par rapport aux N photodétecteurs.
- the contribution of the column to the total energy induced by the event in the set of photodetectors,
- the contribution of the column to the center of gravity, in X, of the event,
- the contribution of the column to the center of gravity, in Y, of the event.
- the total energy induced by the event in all the photodetectors,
- barycentric coordinates (X 0 , Y 0 ) of the event with respect to the N photodetectors.
Le procédé selon l'invention permet alors l'exploitation de gamma-caméras à fort taux de comptage, ce qui est très avantageux dans le cas de mesures dites de "correction d'atténuation par transmission" ou de "PET en coïncidence". Le taux de comptage élevé est atteint sans restreindre le nombre de photodétecteurs lus. Ceci est dû au parallélisme employé, et au fort "pipelinage", c'est-à-dire à la succession d'opérations simples. Le procédé selon l'invention permet alors d'accélérer le calcul du barycentre des contributions numérisées des photodétecteurs, en parallélisant ce calcul.The method according to the invention then allows the exploitation of gamma-cameras with a high rate of counting, which is very advantageous in the case of measures of "attenuation correction by transmission "or" PET in coincidence ". high counting is achieved without restricting the number of photodetectors read. This is due to parallelism employed, and at the strong "pipelinage", that is to say at the succession of simple operations. The process according to the invention then makes it possible to accelerate the calculation of the center of digitized contributions from photodetectors, by parallelizing this calculation.
Le même traitement parallèle peut être appliqué à la détermination des coordonnées barycentriques (X1, Y1) de l'événement et avec les mêmes avantages.The same parallel processing can be applied to the determination of the barycentric coordinates (X 1 , Y 1 ) of the event and with the same advantages.
Dans le cadre de l'invention, on peut évidemment remplacer les colonnes par des lignes, le principe du calcul restant le même.In the context of the invention, it is possible obviously replace the columns with lines, the principle of calculation remaining the same.
Il est possible de procéder à une étape préliminaire de détection de la position présumée d'un événement. On peut alors, autour de cette position présumée, délimiter un sous-ensemble de N' photodétecteurs parmi les N photodétecteurs, seuls les signaux de ces N' photodétecteurs étant pris en compte pour réaliser les étapes b, c, d et e du procédé selon l'invention.It is possible to proceed to a step preliminary detection of the presumed position of a event. We can then, around this position presumed to delimit a subset of N ' photodetectors out of the N photodetectors, only the signals from these N 'photodetectors being taken into account to perform steps b, c, d and e of the method according to the invention.
L'invention s'applique de manière particulièrement avantageuse dans le cas où les photodétecteurs sont des photomultiplicateurs d'une gamma-caméra. En particulier, on peut ainsi mettre en oeuvre les techniques d'imagerie en correction d'atténuation par transmission, et les techniques d'imagerie en PET en coincidence.The invention applies in a particularly advantageous in the case where the photodetectors are photomultipliers a gamma camera. In particular, we can put in works the imaging techniques in correction transmission mitigation, and the techniques PET imaging in coincidence.
L'invention a également pour objet un dispositif pour mettre en oeuvre le procédé décrit ci-dessus.The invention also relates to a device for implementing the method described above.
De toute façon, les caractéristiques et avantages de l'invention apparaítront mieux à la lumière de la description qui va suivre. Cette description porte sur les exemples de réalisation, donnés à titre explicatif et non limitatif, en se référant à des dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1, déjà décrite, est une coupe schématique d'une tête de détection d'une caméra de type Anger connue ;
- la figure 2, déjà décrite, montre de façon schématique un dispositif de collection et de codage de signaux provenant de photomultiplicateurs de la tête de détection de la figure 1 ;
- la figure 3 représente l'interconnexion d'un ensemble de photodétecteurs,
- la figure 4 représente un dispositif de lecture d'un ensemble de photodétecteurs, pour la mise en oeuvre de l'invention,
- les figures 5A et 5B représentent des exemples de fonction F,
- la figure 6 représente la structure d'un système de calcul pour un mode de réalisation de l'invention,
- la figure 7 représente la structure d'un opérateur colonne pour un mode de réalisation de l'invention,
- la figure 8 représente la structure d'une partie d'un système de calcul pour un mode de réalisation de l'invention,
- la figure 9 représente une réalisation d'une autre partie d'un système de calcul pour un mode de réalisation de l'invention,
- la figure 10 représente un circuit associé à un photodétecteur, pour le traitement des données de ce photodétecteur ;
- les figures 11A et 11B représentent un signal analogique fourni par un photodétecteur (figure 10A), ainsi que le signal analogique numérisé correspondant (figure 10B) ;
- la figure 12 représente un mode de réalisation d'un dispositif pour la détermination d'une position présumée d'un événement.
- FIG. 1, already described, is a schematic section of a detection head of a known Anger-type camera;
- FIG. 2, already described, schematically shows a device for collecting and coding signals coming from photomultipliers of the detection head of FIG. 1;
- FIG. 3 represents the interconnection of a set of photodetectors,
- FIG. 4 represents a device for reading a set of photodetectors, for the implementation of the invention,
- FIGS. 5A and 5B show examples of function F,
- FIG. 6 represents the structure of a computing system for one embodiment of the invention,
- FIG. 7 represents the structure of a column operator for one embodiment of the invention,
- FIG. 8 represents the structure of a part of a computing system for one embodiment of the invention,
- FIG. 9 represents an embodiment of another part of a computing system for one embodiment of the invention,
- FIG. 10 represents a circuit associated with a photodetector, for processing the data of this photodetector;
- Figs. 11A and 11B show an analog signal provided by a photodetector (Fig. 10A), as well as the corresponding digitized analog signal (Fig. 10B);
- Fig. 12 shows an embodiment of a device for determining a presumed position of an event.
L'invention va être décrite de manière détaillée pour des photomultiplicateurs d'une gamma-caméra. Cependant, cette description vaut aussi pour des photodétecteurs quelconques, ne faisant pas nécessairement partie d'une gamma-caméra.The invention will be described in a manner detailed for photomultipliers of a gamma camera. However, this description also applies to any photodetectors, which do not necessarily part of a gamma camera.
La figure 3 représente un ensemble de
photomultiplicateurs 60, 60-1, 60-2,... constituant une
tête de gamma-caméra. Chaque photomultiplicateur est
repéré par sa position (i,j) dans l'ensemble des
photomultiplicateurs. Plus précisément, on désigne par
XCi,j et YCi,j les coordonnées, suivant deux axes X, Y,
du centre du photomultiplicateur i, j.FIG. 3 represents a set of
Le signal issu de chacun des photomultiplicateurs est numérisé et traité individuellement (intégration, corrections, etc.). Chaque photomultiplicateur possède un niveau de registre de stockage qui permet de mémoriser la contribution de chaque photomultiplicateur lors de la détection d'un événement. Ces aspects seront traités plus loin en liaison avec les figures 10-11B.The signal from each of the photomultipliers is digitized and processed individually (integration, corrections, etc.). Each photomultiplier has a level of storage register that can memorize the contribution of each photomultiplier during the detection of an event. These aspects will be treated further in connection with Figures 10-11B.
Le réseau de photomultiplicateurs est organisé en lignes et en colonnes, et toutes les sorties des registres de stockage des photomultiplicateurs d'une même colonne sont connectés sur un bus 62 (bus colonne). Les bus colonne peuvent être rassemblés en un bus série 64.The network of photomultipliers is organized in rows and columns, and all the outputs of the photomultiplier storage registers of a same column are connected on a bus 62 (bus column). Column buses can be collected in one 64 series bus.
Un opérateur réalisant les diverses étapes du procédé selon l'invention peut être connecté sur le bus série. Cet opérateur travaille alors en série, le temps de traitement étant d'autant plus long que le nombre de photodétecteurs intervenant dans le calcul est grand. An operator performing the various stages of the method according to the invention can be connected on the bus series. This operator then works in series, the time the longer the number of Photodetectors involved in the calculation is great.
Il peut être également prévu de réaliser un
traitement en parallèle : un opérateur réalisant les
diverses étapes du procédé selon l'invention est
connecté sur les bus colonne 62. On obtient ainsi un
meilleur taux de comptage.It may also be planned to carry out a
parallel processing: an operator performing the
various stages of the process according to the invention is
connected on the
Lorsque le réseau de photomultiplicateurs n'est pas trop important, on peut prendre en compte l'ensemble des photomultiplicateurs.When the photomultiplier network is not not too important, we can take into account all photomultipliers.
Lorsque le réseau de photomultiplicateurs est important (par exemple entre 50 et 100 photomultiplicateurs), une position grossière de l'événement est d'abord déterminée, par exemple par une méthode qui sera décrite plus loin, en liaison avec la figure 12.When the photomultiplier network is important (for example between 50 and 100 photomultipliers), a coarse position of the event is first determined, for example by a method to be described later, in connection with the figure 12.
Le fait de connaítre la zone d'interaction de l'événement permet déjà de limiter le nombre de photomultiplicateurs à prendre en compte pour calculer la position de l'interaction. En effet, seules les deux couronnes de photomultiplicateurs qui entourent le photomultiplicateur lieu de l'interaction portent en général de l'information significative.Knowing the interaction zone of the event already allows to limit the number of photomultipliers to take into account to compute the position of the interaction. Indeed, only the two crowns of photomultipliers that surround the photomultiplier place of interaction carry in general information.
La précision de la position présumée étant insuffisante, on est cependant souvent appelé à lire une zone plus large que celle strictement nécessaire (par exemple souvent jusqu'à 25 ou 30 lectures par événement). La durée de lecture des registres de stockage pour traiter un événement est un passage obligé qui influe directement sur le taux de comptage de la machine (nombre d'événements traités par seconde). The accuracy of the presumed position being insufficient, we are often called to read a wider area than strictly necessary (for example, often up to 25 or 30 readings per event). The reading time of the registers of storage to handle an event is a passage obliged which directly influences the count rate of the machine (number of events handled by second).
Dans le cas du traitement en parallèle, des moyens 66 permettent de sélectionner chaque colonne indépendamment des autres. Ces moyens 66 sont par exemple commandés par un séquenceur de lecture 68 (figure 4).In the case of parallel processing, means 66 can select each column independently of others. These means 66 are by example commanded by a sequencer (Figure 4).
La figure 4 illustre de manière plus précise un dispositif permettant de mettre en oeuvre le traitement en parallèle.Figure 4 illustrates more precisely a device for implementing the treatment in parallel.
Un séquenceur de lecture 68 permet de lire le
contenu du registre de stockage de chaque
photomultiplicateur. Soit Ni,j le contenu du registre de
stockage du photomultiplicateur de colonne i et de
ligne j. Ni,j représente en fait, par exemple, une
intégrale numérique du signal délivré par le
photomultiplicateur i,j en réponse à un événement.A
Des moyens 70 permettent de déterminer une position présumée, ou grossière de l'événement. Ces moyens seront décrits plus loin de manière plus détaillée (figure 12).Means 70 make it possible to determine a presumed or gross position of the event. These means will be described further in a more in detail (Figure 12).
Le séquenceur de lecture 68 commande
l'adressage des colonnes par un multiplexeur 74. La
contribution de chaque colonne à l'énergie totale, à la
composante en X du barycentre (XC) et à la composante
en Y du barycentre (YC) est transférée à un système de
calcul 76, soit par l'adressage des colonnes via le
multiplexeur, soit directement par le séquenceur de
calcul 68.The
Le nombre de colonnes et de lignes pris en compte autour de chaque position présumée est imposé par l'imprécision de la détermination. Sur la figure 4, ce sont 36 (6x6) photomultiplicateurs qui sont pris en compte. D'une manière générale, pour un champ de N photomultiplicateurs on peut être amené à prendre en compte N1 photomultiplicateurs (N1<N) en fonction de la précision voulue : sur la figure 4, N=11x9 et N1=6x6.The number of columns and rows taken into account around each presumed position is imposed by the inaccuracy of the determination. In Figure 4, 36 (6x6) photomultipliers are taken into account. In general, for a field of N photomultipliers it may be necessary to take into account N 1 photomultipliers (N 1 <N) as a function of the desired precision: in FIG. 4, N = 11 × 9 and N 1 = 6 × 6 .
Par conséquent, à chaque événement correspond une position présumée (PP) et, à chaque position présumée, on fait correspondre un ensemble de N1 (36) photomultiplicateurs situés sur 6 lignes et 6 colonnes successives de façon à ce que tous les photomultiplicateurs qui ont stocké de l'information soient retenus. A chaque pas de lecture (tous les 100 nsec), le séquenceur de lecture 68 fournit, en fonction de la position présumée :
- les commandes nécessaires au multiplexeur 74 pour qu'il puisse orienter les bus colonnes à lire vers l'organe de calcul 76,
- les signaux de sélection de ligne de façon à présenter sur les bus colonne les registres de stockage commandés par la ligne n pour le premier temps de lecture, puis ceux commandés par la ligne n+1 pour le deuxième, et ceci jusqu'à ceux de la ligne n+5 pour le sixième temps de lecture,
- les coordonnées XC et YC des centres des photomultiplicateurs présentés sur les bus colonne.
- the commands necessary for the
multiplexer 74 so that it can orient the column buses to be read to thecomputing unit 76, - the line selection signals so as to present on the column buses the storage registers controlled by the line n for the first reading time, then those controlled by the line n + 1 for the second, and this up to those of the line n + 5 for the sixth reading time,
- the XC and YC coordinates of the centers of the photomultipliers presented on the column buses.
Le séquenceur peut être réalisé sous forme
d'EPROM. A chaque position présumée correspond une page
mémoire dans laquelle on décrit les commandes et les
valeurs nécessaires au calcul. Cette page est lue ligne
par ligne à l'aide d'un compteur 72 qui active les
adresses basses des EPROM. The sequencer can be realized in form
EPROM. At each presumed position corresponds a page
memory in which the commands and
values needed for calculation. This page is read online
per line using a
Le calcul de l'énergie et/ou de la position
brute P0, en X et en Y, d'un événement peut être résumé
de la manière suivante :
- où XCi,j est la coordonnée en X du centre du photomultiplicateur situé sur la colonne i et la ligne j,
- où YCi,j est la coordonnée en Y du centre du photomultiplicateur situé sur la colonne i et la ligne j, Comme précédemment, on peut aussi écrire :
- est la contribution au barycentre en X des 6 photomultiplicateurs de la colonne i,
- est la contribution au barycentre en Y des 6 photomultiplicateurs de la colonne i.
- where XC i, j is the X coordinate of the center of the photomultiplier located on the column i and the line j,
- where YC i, j is the Y coordinate of the center of the photomultiplier located on the column i and the line j, As previously, one can also write:
- is the X-centroid contribution of the 6 photomultipliers of column i,
- is the Y-centroid contribution of the 6 photomultipliers of column i.
On appelle barycentre brut P0 le résultat obtenu à l'aide des étapes α) et β) décrites ci-dessus, par opposition au barycentre pondéré.We call the gross barycenter P 0 the result obtained using steps α) and β) described above, as opposed to the weighted barycentre.
Une fois le barycentre brut P0(X0, Y0) connu, on peut calculer la distance di,j du centre de chaque photomultiplicateur à P0 et pondérer la valeur Ni,j en calculant un nouvel Ni,j appelé N'i,j, tel que N'i,j=F(Ni,j), où F est une fonction de di,j (fonction de pondération).Once the gross barycentre P 0 (X 0 , Y 0 ) is known, we can calculate the distance d i, j from the center of each photomultiplier to P 0 and weight the value N i, j by calculating a new N i, j called N ' i, j , such that N' i, j = F (N i, j ), where F is a function of d i, j (weighting function).
Cette fonction F est déterminée de manière empirique et adaptée à chaque type de photomultiplicateur et à chaque géométrie de collection de la lumière.This function F is determined so empirical and adapted to each type of photomultiplier and at every collection geometry light.
La fonction F, généralement:
- est inférieure à 1, pour di,j faible (pour minimiser la contribution du photomultiplicateur qui reçoit l'événement quand celui-ci est proche de son centre, ce photomultiplicateur contribuant peu à l'information sur le barycentre),
- est supérieure à 1 quand di,j est de l'ordre de grandeur de la dimension du photomultiplicateur (pour renforcer la contribution des photomultiplicateurs de première couronne, c'est-à-dire des photomultiplicateurs les plus proches du photomultiplicateur qui reçoit l'événement),
- tend vers zéro, lorsque di,j devient grand (pour diminuer la contribution des photomultiplicateurs au fur et à mesure qu'ils sont plus loin du lieu de l'interaction, car le rapport signal/bruit de leur contribution devient de plus en plus mauvais).
- is less than 1, for d i, j low (to minimize the contribution of the photomultiplier that receives the event when it is close to its center, this photomultiplier contributing little to the information on the center of gravity),
- is greater than 1 when d i, j is of the order of magnitude of the size of the photomultiplier (to reinforce the contribution of the photomultipliers of the first ring, that is to say photomultipliers closest to the photomultiplier which receives the event),
- tends to zero, when d i, j becomes large (to decrease the contribution of photomultipliers as they are farther away from the interaction location, as the signal-to-noise ratio of their contribution becomes more and more bad).
Un premier exemple de fonction F(d) est donné
sur la figure 5A. Ce premier exemple correspond à des
photomultiplicateurs carrés de 75 mm. Des valeurs de F,
pour des valeurs particulières de d (avec un pas de
5 mm), sont données dans le tableau I ci-dessous.
Un second exemple de fonction F(d) est donné
sur la figure 5B. Ce second exemple correspond à des
photomultiplicateurs hexagonaux de 60 mm. Des valeurs
de F, pour des valeurs particulières de d (avec un pas
de 5 mm), sont données dans le tableau II ci-dessous.
Du point de vue de la réalisation, le calcul du barycentre pondéré P1 est réalisé de la même manière que le barycentre brut P0, après avoir remplacé Ni,j par N'i,j. On fait donc suivre le calcul du barycentre brut par une opération de pondération avec la fonction F.From the point of view of the realization, the computation of the weighted barycenter P 1 is carried out in the same way as the gross barycenter P 0 , after replacing N i, j by N ' i, j . We then follow the calculation of the gross centroid by a weighting operation with the function F.
Un dispositif ou système de calcul 76 pour la
mise en oeuvre du procédé selon l'invention peut
comporter trois ensembles représentés schématiquement
sur la figure 6 et désignés respectivement par les
références 78, 80 et 82.A computing device or
La structure du dispositif 78 permettant de
déterminer P0 va être décrite de manière plus précise
en liaison avec les figures 7 et 8.The structure of the
La figure 7 représente des moyens 90 associés à chaque colonne et dénommés par la suite opérateur colonne. FIG. 7 represents means 90 associated with each column and subsequently called operator column.
Celui-ci reçoit, en plus des valeurs Ni,j des
photomultiplicateurs de la colonne, les coordonnées
XCi,j et YCi,j des centres des photomultiplicateurs
correspondants, par exemple fournies par le séquenceur
de lecture 68. Les coordonnées en X ne sont pas
obligatoirement identiques pour une même colonne car
elles doivent tenir compte de la position réelle du
photomultiplicateur au sein du champ de la gamma-caméra.
Il en va de même pour les coordonnées en Y.
Dans l'exemple donné, chaque sortie de bus colonne est
connecté à l'entrée d'un opérateur colonne 90.The latter receives, in addition to the values N i, j photomultipliers of the column, the coordinates XC i, j and YC i, j of the centers of the corresponding photomultipliers, for example provided by the
Chaque opérateur colonne 90 accomplit trois
opérations, de préférence en parallèle.Each
Une première opération consiste à calculer la
contribution de la colonne à l'énergie. Par exemple,
après avoir été initialisé en début de séquence, un
accumulateur 92 fait la somme des valeurs Ni,j des 6
photomultiplicateurs de la colonne et stocke le
résultat dans un registre 94 (RSEcol). Les sorties des
6 registres (RSEcol1 à RSEcol6) sont regroupées sur un
bus commun BECOL.A first operation consists in calculating the contribution of the column to the energy. For example, after being initialized at the beginning of the sequence, an
Une deuxième opération consiste à calculer la
contribution de la colonne au barycentre en X. Par
exemple, après avoir été initialisé en début de
séquence, un multiplieur-accumulateur 96 effectue la
somme des contributions au barycentre en X des 6
photomultiplicateurs de la colonne, et stocke le
résultat dans un registre 98 (RSXcol). Les sorties des
6 registres (RSXcol1 à RSXcol6) sont regroupées sur un
bus commun BXCOL. A second operation is to calculate the
contribution of the column to the centroid in X. By
example, after being initialized at the beginning of
sequence, a multiplier-
Une troisième opération consiste à calculer la
contribution de la colonne au barycentre en Y. Par
exemple, après avoir été initialisé, un second
multiplieur-accumulateur 100 effectue la somme des
contributions au barycentre en Y des 6
photomultiplicateurs de la colonne, et stocke le
résultat dans un registre 102 (RSYcol). Les sorties des
6 registres (RSYcol1 à RSYcol6) sont regroupées sur un
bus commun BYCOL.A third operation is to calculate the
contribution of the column to the centroid in Y. By
example, after being initialized, a second
multiplier-
A la fin des 6 temps de lecture, les 6 opérateurs colonne ayant effectué leur travail deviennent disponibles pour une nouvelle lecture puisque les résultats de la première lecture sont mémorisés.At the end of the 6 reading times, the 6 column operators who did their job become available for a new reading since the results of the first reading are stored.
En parallèle à ces opérations de calcul, les valeurs Ni,j des photomultiplicateurs ainsi que les coordonnées XCi,j et YCi,j peuvent être mémorisées dans un système 104 de type FIFO de façon à pouvoir être utilisées par la suite.In parallel with these calculation operations, the values N i, j of the photomultipliers and the coordinates XC i, j and YC i, j can be stored in a system 104 of the FIFO type so that they can be used later.
Un regroupement des contributions à l'énergie et aux coordonnées du barycentre en X et en Y est ensuite effectué. Ce regroupement va être décrit à l'aide de la figure 8 où les références 90-1, ..., 90-6 désignent 6 opérateurs colonne du type décrit ci-dessus en liaison avec la figure 7.A grouping of contributions to energy and at the coordinates of the centroid in X and in Y is then performed. This grouping will be described in using figure 8 where references 90-1, ..., 90-6 designate 6 column operators of the type described above in connection with Figure 7.
Un accumulateur 106, après avoir été initialisé
en début de séquence, alimenté par le bus BECOL,
effectue la somme des six registres RSEcol1 à RSEcol6 et
stocke le résultat dans un registre 108 (ENERGIE). Le
contenu de ce registre représente la somme des
contributions à l'énergie des 36 photomultiplicateurs
entourant la position présumée, donc l'énergie de
l'événement.An
Un second accumulateur 110, alimenté par le bus
BXCOL, effectue la somme des six registres RSXcol1 à
RSXcol6, et stocke le résultat dans un registre 112
(RXN). Le contenu de ce registre représente
A
Un troisième accumulateur 114, alimenté par le
bus BYCOL, effectue la somme des six registres RSYcol1
à RSYcol6, et stocke le résultat dans un registre 116
(RYN). Le contenu de ce registre représente
A
Les registres RSEcol, RSXcol et RSYcol sont ensuite libérés de façon à pouvoir être utilisés par les opérateurs colonne, et les accumulateurs sont ainsi de nouveau disponibles pour traiter un nouvel événement.The RSEcol, RSXcol and RSYcol registers are then released so that they can be used by column operators, and accumulators are well again available to process a new event.
Enfin, les coordonnées X0 et Y0 du point
d'interaction P0 de l'événement sont calculées en
effectuant deux divisions à l'aide d'un diviseur 118 :
On obtient donc la position P0 de l'événement
dont les coordonnées X0 et Y0 sont stockées dans un
registre 120 (RX0 et RY0). Parallèlement aux divisions,
l'énergie peut être pipelinée depuis le registre 108
vers un registre 122 de façon à libérer le registre 108
pour l'événement suivant.We thus obtain the position P 0 of the event whose coordinates X 0 and Y 0 are stored in a register 120 (RX 0 and RY 0 ). In parallel with the divisions, the energy can be pipelined from the
Une réalisation simple du dispositif 80 (calcul du barycentre pondéré : figure 6) est donnée en figure 9.A simple embodiment of the device 80 (calculation weighted barycentre: figure 6) is given in figure 9.
Les valeurs de Ni,j, XCi,j, YCi,j, qui intervenaient dans le calcul du barycentre brut ont été mémorisées dans des mémoires FIFO désignées globalement par la référence 124 (on a déjà mentionné ci-dessus la mémoire 104 (figure 7) dans laquelle Ni,j est stockée). Le calcul est organisé selon les étapes 126-1, ..., 126-6 suivantes, pour chaque opérateur pondération travaillant sur une colonne :
- 126-1 : récupération de la première valeur Ni,j et des coordonnées du centre du photomultiplicateur correspondant XCi,j et YCi,j (première valeur écrite dans la FIFO, donc première valeur lue) et stockage dans un registre d'entrée 128 de l'opérateur de pondération. Parallèlement mise en mémoire 130, à l'entrée de l'opérateur, de X0 et Y0. Cette mémorisation n'est pas répétée pour les 5 acquisitions de Ni,j, XCi,j et YCi,j suivantes puisque P0 reste le même.
- 126-2 : calcul de dX=|XCi,j-X0|, et parallèlement de dY=|YCi,j-Y0|, et mise en mémoire 130, 132, 134, de dX, dY, Ni,j, XCi,j et YCi,j. Il y a ensuite libération des registres servant à l'étape 126-1, qui peuvent alors recueillir les valeurs relatives au photomultiplicateur suivant. Celui-ci est traité comme le précédent et ainsi de suite jusqu'au sixième.
- 126-3 : calcul de (dX)2=dX*dX, et parallèlement de (dY)2=DY*DY, et mise en mémoire 136, 138, 140 de (dX)2, (dY)2, Ni,j, XCi,j, et YCi,j. Puis il y a libération des registres de sortie de l'étape 126-2,
- 126-4 : calcul de d2=(dX)2+(dY)2 et stockage de d2, Ni,j, XCi,j et YCi,j dans des registres 142, 144 ; puis, libération des registres de sortie de l'étape 126-3.
- 126-5 : adressage d'une EPROM 146 contenant la fonction F'=f'(d2), par le registre contenant d2. Ceci évite d'avoir à extraire la racine carrée de d2, sachant qu'il est facile d'obtenir F'=f'(d2) quand on connaít F=f(d). Il y a ensuite stockage de F', Ni,j, XCi,j et YCi,j dans . des registres 148, 150 et libération des registres de sortie de l'étape 126-4.
- 126-6 : calcul de N'i,j=F'*Ni,j et stockage de N'i,j, XCi,j et YCi,j dans des registres 152, 154 ; puis il y a libération des registres de sortie de l'étape 126-5.
- 126-1: recovery of the first value N i, j and coordinates of the center of the corresponding photomultiplier XC i, j and YC i, j (first value written in the FIFO, therefore first value read) and storage in a register of 128 input of the weighting operator. In
parallel memory 130, at the input of the operator, X 0 and Y 0 . This memorization is not repeated for the 5 acquisitions of N i, j , X C i, j and Y C i, j following since P 0 remains the same. - 126-2: computation of dX = | XC i, j -X 0 |, and parallel of dY = | YC i, j -Y 0 |, and storage in
130, 132, 134, of dX, dY, N i , j , XC i, j and YC i, j . Then, the registers for step 126-1 are released, which can then collect the values for the next photomultiplier. This one is treated as the precedent and so on until the sixth.memory - 126-3: calculation of (dX) 2 = dX * dX, and parallel of (dY) 2 = DY * DY, and storing 136, 138, 140 of (dX) 2 , (dY) 2 , N i, j , XC i, j , and YC i, j . Then there is release of the output registers of step 126-2,
- 126-4: calculating d 2 = (dX) 2 + (dY) 2 and storing d 2 , N i, j , XC i, j and YC i, j in
142, 144; then, releasing the output registers of step 126-3.registers - 126-5: addressing of an EPROM 146 containing the function F '= f' (d 2 ), by the register containing d 2 . This avoids having to extract the square root of d 2 , knowing that it is easy to obtain F '= f' (d 2 ) when F = f (d) is known. There is then storage of F ', N i, j , XC i, j and YC i, j in.
148, 150 and releasing the output registers of step 126-4.registers - 126-6: computation of N ' i, j = F' * N i, j and storage of N ' i, j , XC i, j and YC i, j in
152, 154; then there is release of the output registers of step 126-5.registers
Ainsi découpé et pipeliné le calcul de N'i,j est facilement réalisable car chaque pas de calcul est suffisamment simple pour être réalisé pendant la durée d'un pas de lecture (typiquement 100 nsec).Thus cut and pipelined the calculation of N ' i, j is easily achievable because each computation step is simple enough to be performed during the duration of a reading step (typically 100 nsec).
Le troisième sous-système de calcul 82 (figure 6), pour calculer le barycentre pondéré X1, Y1, a une architecture du type de celle décrite ci-dessus en liaison avec les figures 7 et 8.The third computing subsystem 82 (FIG. 6), for calculating the weighted barycentre X 1 , Y 1 , has an architecture of the type of that described above in conjunction with FIGS. 7 and 8.
La sortie du barycentre pondéré donne les
nouvelles coordonnées X1, Y1 de la position de
l'événement. On peut faire progresser la valeur de
l'énergie parallèlement aux calculs ; on obtient en
sortie finale, dans un même registre 88, l'énergie et
les coordonnées de l'événement.The weighted center of gravity output gives the new coordinates X 1 , Y 1 of the position of the event. The value of energy can be increased parallel to the calculations; in the
Il reste à décrire comment le signal issu de chaque photomultiplicateur est détecté et traité, en en particulier comment une position présumée de l'événement peut être calculée.It remains to describe how the signal from each photomultiplier is detected and processed, in particular how an alleged position of the event can be calculated.
La figure 10 représente la partie du dispositif
associée à un unique photomultiplicateur 60. Le
photomultiplicateur 60 relié à un convertisseur
courant-tension 262. En réponse à un événement détecté
par le photomultiplicateur, on obtient un signal sur la
sortie 264 du convertisseur courant-tension 262, par
exemple du type de celui qui est illustré sur la figure
11A.Figure 10 shows the part of the device
associated with a
Le graphique de la figure 11A indique, en ordonnées, l'amplitude du signal correspondant à l'impulsion et, en abscisses, le temps. L'amplitude du signal et le temps sont indiqués en échelle arbitraire. t0 désigne l'instant de départ de l'impulsion fournie par le photodétecteur et t1 l'instant où l'impulsion redevient quasiment nulle, après être passée par un maximum. A titre indicatif, la durée correspondant à l'intervalle t1 - t0 est de l'ordre d'une microseconde, dans le cas d'un photomultiplicateur d'une gamma-caméra couplé à un cristal de NaI (Tℓ).The graph of FIG. 11A indicates, on the ordinate, the amplitude of the signal corresponding to the pulse and, as abscissa, the time. The amplitude of the signal and the time are indicated in arbitrary scale. t 0 denotes the start time of the pulse provided by the photodetector and t 1 the moment when the pulse returns to almost zero after having passed through a maximum. By way of indication, the duration corresponding to the interval t 1 -t 0 is of the order of one microsecond, in the case of a photomultiplier of a gamma-camera coupled to an NaI crystal (Tℓ).
Le signal analogique présent sur la borne de
sortie 264 est dirigé vers un convertisseur
analogique-numérique 266. Ce dernier échantillonne
chaque impulsion du signal en un certain nombre
d'échantillons n, comme illustré sur la figure 10B.
Deux échantillons consécutifs sont séparés par un pas,
ou intervalle d'horloge p (l'horloge fonctionnant à
1/p Hz).The analog signal present on the terminal of
A titre d'exemple, le convertisseur échantillonne chaque impulsion du signal en n = 10 échantillons. Pour un signal de 1 microseconde, un échantillonnage est alors effectué toutes les 100 nanosecondes.For example, the converter samples each pulse of the signal in n = 10 samples. For a signal of 1 microsecond, a sampling is then performed every 100 nanoseconds.
Le convertisseur analogique-numérique 266 est,
de préférence, un convertisseur rapide, de type
« flash » pouvant fonctionner à une fréquence de
l'ordre de 10 à 20 mégahertz.The analog-
Le signal numérique issu du convertisseur
analogique-numérique 266 dirigé vers un sommateur
numérique 268. Ce sommateur effectue une somme
glissante des échantillons qui lui sont transmis par le
convertisseur analogique-numérique 266. La somme
glissante est effectuée sur un nombre donné
d'échantillons. Ce nombre prédéterminé est égal, par
exemple, à 10.The digital signal from the converter
analog-digital 266 directed to an
Pour chaque photodétecteur i,j, cette somme glissante, ou l'intégrale numérique du signal associé à l'événement correspond à la grandeur Ni,j déjà introduite ci-dessus.For each photodetector i, j, this sliding sum, or the digital integral of the signal associated with the event corresponds to the magnitude N i, j already introduced above.
Parallèlement, le résultat de la sommation
effectuée avec les moyens 268 est stocké dans un
registre 271. La fonction de stockage peut être
composée de plusieurs registres pour permettre de
mémoriser plusieurs événements temporellement très
proches.At the same time, the result of the summation
carried out with the
La valeur de la somme glissante est dirigée
vers des moyens de comparaison 270. La valeur de la
somme glissante y est comparée avec une valeur seuil
prédéterminée fixée à une entrée 272 du comparateur
270. Ce comparateur émet sur une sortie 274 un signal
binaire, représentatif du résultat de la comparaison
(par exemple, 0 si la valeur de la somme glissante est
inférieure à la valeur de référence fixée et 1 si la
valeur de la somme glissante est supérieure à la valeur
de référence).The value of the sliding sum is directed
to means of
De façon à limiter la durée de ce dépassement, celui-ci ne sera validé que pendant une fenêtre temporelle centrée sur le maximum de la somme glissante. Ceci permet de séparer des événements proches dans le temps mais géographiquement distincts sur le champ du détecteur.In order to limit the duration of this overrun, it will only be validated during a window temporal centered on the maximum of the sum slippery. This allows to separate events close in time but geographically distinct on the detector field.
Cette fenêtre est positionnée en prenant comme
référence l'instant de passage du signal codé par un
maximum. Cette détection est réalisée par les moyens
288 en comparant la valeur courante de la sortie du
codeur à la valeur précédente. Lorsque la valeur
courante est inférieure à la valeur précédente, le
comparateur 288 émet une impulsion. Cette impulsion est
envoyée à un registre à décalage 290 dont on règle le
retard n1 pour générer une fenêtre temporelle centrée
sur le maximum de la somme glissante. Pour tenir compte
de l'imprécision (plus ou moins un pas
d'échantillonnage) de la détermination de la position
du maximum du signal codé, la fenêtre temporelle sera
activée pendant n0 pas d'échantillonnage avec n0≥3 (par
exemple n0=3), ce choix d'un minimum de trois
garantissant un minimum de simultanéité des signaux de
dépassement de seuil entre les photomultiplicateurs
activés par un même événement.This window is positioned taking as reference the time of passage of the coded signal by a maximum. This detection is performed by the
Une porte ET 292, dont les entrées sont le
signal obtenu en sortie du comparateur 270, et le
signal de sortie du registre à décalage 290, permet
d'obtenir, sur sa sortie 294, un signal de dépassement
de seuil à l'instant voulu par rapport au passage par
le maximum du signal numérique.An AND
La figure 12 représente un dispositif, conforme
à l'invention, pour le traitement des signaux issus de
plusieurs photodétecteurs 60, 60-1, 60-2. Sur cette
figure, des références identiques à celles de la figure
10 y désignent des éléments similaires ou
correspondants.FIG. 12 represents a device, compliant
to the invention, for the processing of signals from
Sur cette figure, on voit qu'il est possible de
prélever, en sortie du convertisseur courant-tension
262, un signal analogique 300, du type de celui qui est
décrit ci-dessus en liaison avec la figure 11A. Sur la
figure 12, la référence 302 désigne globalement
l'ensemble des signaux analogiques prélevés sur les
autres convertisseurs courant-tension 262-1, 262-2,
.... L'ensemble de ces signaux rentrent dans un
sommateur analogique 298 qui délivre un signal S, somme
de tous les signaux analogiques fournis par un certain
nombre de photodétecteurs, par exemple par tous les
photodétecteurs. Un dispositif 304 permet de délivrer
une impulsion I lors du passage du signal S par son
maximum. Ce dispositif 304 comporte, par exemple, un
différentiateur (capacité, amplificateur et résistances
entre l'entrée et la sortie de l'amplificateur) ; la
sortie de ce différentiateur alimente un comparateur
qui permet de détecter le passage à 0 de la sortie du
différentiateur. L'impulsion I alimente l'entrée d'un
registre à décalage 306 dont le pas p est réglé par
l'horloge H. La sortie 307 de ce registre est dénommée
impulsion de mémorisation et permet, en particulier, de
déclencher le registre de mémorisation 271
correspondant au photodétecteur 60. Il déclenche
également chaque registre de mémorisation associé à
cnaque photodétecteur. Le retard du registre à décalage
306 est réglé de façon à ce que le front montant du
signal de mémorisation 307 soit synchrone de l'instant
où l'on doit mémoriser les sommes dans les registres
271.In this figure, we see that it is possible to
take off at the output of the current-
L'ensemble des photodétecteurs 60, 60-1, 60-2,
... est réparti par exemple en un réseau
bidimensionnel. The set of
Afin de repérer la position présumée (ou grossière) d'un événement par rapport à ce réseau bidimensionnel de photodétecteurs, on associe avantageusement une mémoire à accès lecture à une première direction de repérage dans le réseau de photodétecteurs et une mémoire à accès lecture à une seconde direction de repérage dans le réseau des photodétecteurs. Si on repère ce réseau par des lignes et des colonnes, on peut donc ainsi associer une mémoire à accès lecture pour repérer une coordonnée « ligne » et une mémoire à accès lecture pour repérer une coordonnée « colonne ».To identify the presumed position (or coarse) of an event in relation to this network two-dimensional photodetectors, we associate advantageously a memory access read at a first tracking direction in the network of photodetectors and a read access memory to a second tracking direction in the network of photodetectors. If we find this network by lines and columns, so we can associate a read access memory to locate a coordinate "Line" and read access memory to locate a "column" coordinate.
Plus précisément, dans un dispositif selon l'invention, du type ce celui illustré en figure 12, les sorties 294 qui représentent, lorsqu'elles sont actives, les photodétecteurs du centre de l'interaction, sont utilisées de la manière suivante :
- un circuit OU (402) regroupe les sorties de
type 294 des photodétecteurs d'une même colonne et génèreun signal 422 actif lorsqu'au moins une de ses entrées est active. Il y a autant de circuits detype 402 que de colonnes, - un circuit OU (412) regroupe les sorties de
type 294 des photodétecteurs d'une même ligne et génèreun signal 432 actif lorsqu'au moins une de ses entrées est active. Il y a autant de circuits detype 412 que de lignes.
- an OR circuit (402) groups the
type 294 outputs of the photodetectors of the same column and generates anactive signal 422 when at least one of its inputs is active. There are asmany type 402 circuits as there are columns - an OR circuit (412) groups the
type 294 outputs of the photodetectors of the same line and generates anactive signal 432 when at least one of its inputs is active. There are as many 412 circuits as there are lines.
Les signaux de type 422 sont les adresses d'une
PROM 276 qui est programmée de façon à fournir la
coordonnée (280) de la position présumée par rapport
aux colonnes. De même, les signaux de type 432 sont les
adresses d'une deuxième PROM 277 qui est programmée de
façon à fournir la coordonnée (281) de la position
présumée par rapport aux lignes. La position présumée,
représentée par le couple de valeurs (280, 281), est
mémorisée dans un registre 322, en même temps que l'on
mémorise la contribution de tous les photodétecteurs
dans leurs registres respectifs (271). Cette
mémorisation est déclenchée par le signal 307 généré
par le registre 306.The
Claims (24)
- Process for determining the position (P1) of an event in a coordinate system (X, Y) by means of a set of N photodetectors arranged in rows and columns, a random detector of a column of rank i and a row of rank j, being locatable in the coordinate system (X, Y), the event inducing a signal in the N photodetectors, the process involving the following steps:a) digitizing the signal supplied by each photodetector and calculating a value Ni,j representative of the energy supplied by each photodetector,b) calculating, as a function of Ni,j and the position of the photodetectors, an uncorrected position P0 (X0, Y0) of the event relative to the set of photodetectors,c) determination of the distance Di.j of each of the photodetectors relative to the position P0,
the process being characterized in that it also comprisesd) the calculation of a corrected value N'i,j = F'(Ni,j), in which F' is a function:which reduces (respectively does not modify) the value Ni,j for the photodetector corresponding to P0 and for a certain number N1 of photodetectors around P0,which increases or does not modify (respectively increases) the value Ni,j for a certain number of photodetectors N2 around the preceding Ni photodetectors,which tends towards 0 at higher values,e) calculating the position Pi of the event as a function of the position of the photodetectors and N'i,j. - Process according to claim 1, in which the uncorrected position P0 of the event is implemented by calculating the barycentric coordinates (X0, Y0) of said event as a function of Ni,j and the position (XCi,j, YCi,j) of each photodetector.
- Process according to claim 1 or 2, in which the position P1 of the event is implemented by calculating the barycentric coordinates (X1, Y1) of the event as a function of N'i,j and the position (XCi,j, YCi,j) of each photodetector.
- Process according to one of claims 1 to 3, comprising the following step before step e), for each photodetector at the edge of the field of N photodetectors:e0) modify the value of the position (XCi,j, YCi,j) the new pair of values (XC'i,j, YC'i,j) being such that either the |XC'i,j| > |XCi,j| relation or the |YC'i,j| > |YCi,j| relation is satisfied, or both of these relations are satisfied.
- Process according to one of claims 2 and 3, the barycentric calculations being carried out in sequence.
- Process according to claim 2, in which the barycentric coordinates (X0, Y0) of the event could be determined using the following sub-steps:b1) a sub-step in which the following are determined for each column i:the contribution of the column to the total energy induced by the event in the set of photodetectors,the contribution of the column to the X value of the barycentre of the event,the contribution of the column to the Y value of the barycentre of the event,b2) a sub-step in which the following are determined:the total energy induced by the event in the set of photo-detectors,the barycentric coordinates (X0, Y0) of the event with respect to the N photo-detectors.
- Process according to claim 3, in which the barycentric coordinates (X1, Y1) of the event could be determined using the following sub-steps:e1) a sub-step in which the following are determined for each column i:the contribution of the column to the total energy induced by the event in the set of photodetectors,the contribution of the column to the X value of the barycentre of the event,the contribution of the column to the Y value of the barycentre of the event,e2) a sub-step in which the following are determined:the total energy induced by the event in the set of photodetectors,the barycentric coordinates (X1, Y1) of the event with respect to the N photodetectors.
- Process according to one of claims 1 to 7, also comprising an additional step prior to step b):a'1) to determine the presumed position of an event.
- Process according to claim 8, also comprising a step:a'2) to delimit a subset of N' photodetectors among the set of N photodetectors around the presumed position of the event, only the signals from the N' photodetectors in this subset being processed according to steps b, c, d and e.
- Process according to one of claims 1 to 9, the photodetectors being photomultipliers of a gamma-camera.
- Imagery process in correction of transmission attenuation, embodying the process according to claim 10.
- PET coincidence imagery process embodying the process according to claim 10.
- Device for determining the position of an event in a coordinate system X, Y, particularly with respect to set of N photodetectors, comprising:a) means (266, 268) of digitizing signals output by each photodetector, and of calculating a value Ni,j representing the energy of the signal output by each photodetector,b) means (76, 78) of calculating an uncorrected position P0 of the event, characterized in that it also comprises:c) means (80, 130, 132) of determining a distance di,j of each photodetector relative to the uncorrected position,.d) means (80, 146, 152) for calculating a corrected value N'i,j of the energy supplied by each photodetector, said means (80, 146, 152) performing the said calculation in accordance with the formula N'i,j = F'(Ni,j), in which F' is a function:which reduces (respectively does not modify) the value Ni,j for the photodetector corresponding to P0 and for a certain number Ni of photodetectors around P0,which increases or which does not modify (respectively increases) the value Ni,j for a certain number of photodetectors N2 around said preceding N1 photodetectors,- which tends towards 0 for higher values,e) means (82) for calculating the position P1 of the event, said means being controlled by the means for calculating the corrected values N'i,j = F' (Ni,j).
- Device according to claim 13, the means of calculating the uncorrected position P0 of the event being means of calculating the barycentric coordinates of the said event.
- Device according to claim 13 or 14, the means of calculating the new position P1 of the event, being the means for implementing a barycentric calculation of this new position.
- Device according to claim 13, also comprising means:d') of modifying the value of the position (XCi,j, YCi,j) of the photodetectors located at the edge of the photodetectors field, to a position (XC'i,j, YCi,j) in which the [XC'i.j] > ]XCi,j] relation or the ]YC'i,j] > [YCi,j] relation is satisfied, or both of these relations are satisfied.
- Device according to one of claims 13 to 16, also comprising:a set of N photodetectors (60, 60-1, ..., 60-2) laid out in rows and columns,means of grouping the photodetectors in the same column on a column bus (62),means of grouping the column buses on a serial bus (64).
- Device according to claim 17, an operator including all means b) to e) being connected to the serial bus and performing serial processing of the data.
- Device according to claim 17, an operator grouping means b) to e) being connected to the serial bus and implementing a parallel data processing.
- Device according to claim 13, comprising means (90, 90-1, ..., 90-6) of determining the following for each column i:the contribution of the column to the total energy induced by the event in the set of photodetectors,the contribution of the column to the X value of the barycentre of the event,the contribution of the column to the Y value of the barycentre of the event,
and means (106, 110, 114) in which the following are determined:the total energy induced by the event in the set of photodetectors,the barycentric coordinates (Xo, Yo) of the event with respect to the N photodetectors. - Device according to claim 15, also comprising means for:b') determining the following for each column i making use of the values of the weighted signal N'i,j:the contribution of the column to the total energy induced by the event in the set of photodetectors.the contribution of the column to the X value of the barycentre of the event,the contribution of the column to the Y value of the barycentre of the event,c') determining the following making use of the values of the contributions obtained in b')- the total energy induced by the event in the set of photodetectors- the new barycentric coordinates (X1, Y1) of the event with respect to the N photodetectors.
- Device according to any one of claims 13 to 21, also comprising means (70) of detecting the presumed position of an event.
- Device according to claim 22, also comprising means of delimiting a subset of N1 photodetectors among the set of N photodetectors around the presumed position of the event.
- Device according to one of claims 13 to 23, the photodetectors being the photomultipliers in a gamma-camera.
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